蔡麗婷，賀成龍，李子園，段鍇

（嘉興學(xué)院建筑工程學(xué)院）

1 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）以工程相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)來(lái)建立模型，是提升建筑業(yè)技術(shù)及升級(jí)管理的核心技術(shù)[1]。其中BIM虛擬施工技術(shù)，是將工程施工計(jì)劃，工程施工量，工程資金流等信息賦予到BIM模型中，模擬實(shí)際建造過(guò)程，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)際施工中存在的各種問(wèn)題，可以在實(shí)際施工前對(duì)施工方案進(jìn)行改進(jìn)，從而達(dá)到降低成本、縮短工期、提高施工水平等目的[2]。通過(guò)把BIM理念應(yīng)用于具體施工過(guò)程中，參與者可以在不消耗現(xiàn)實(shí)材料資源和能量的前提下，了解實(shí)際施工的詳細(xì)過(guò)程和結(jié)果，避免不必要的返工所帶來(lái)的人力物力消耗,為實(shí)際工程項(xiàng)目施工提供經(jīng)驗(yàn)和最優(yōu)的可行方案[3]。

2 施工工藝模擬

施工工藝模擬是在施工模擬的基礎(chǔ)上，輔以3DMAX動(dòng)畫(huà)對(duì)復(fù)雜部位或工藝進(jìn)行演示，以視覺(jué)化的工具預(yù)先演示施工現(xiàn)場(chǎng)的施工順序、復(fù)雜工藝以及重難點(diǎn)解決方案，實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工，協(xié)調(diào)各專(zhuān)業(yè)工序，減少施工干擾、設(shè)計(jì)變更、人機(jī)待料等問(wèn)題的出現(xiàn)。

現(xiàn)階段信息傳遞方式局限于二維圖紙，但是建筑是以三維形式存在的實(shí)體，使用二維圖紙進(jìn)行表達(dá)，存在部分?jǐn)?shù)據(jù)遺失或表述不明的情況，導(dǎo)致建筑工程建設(shè)過(guò)程中信息不連貫以及建筑行業(yè)效率低下[4]。在可視化處理下，通過(guò)多視角的觀察，可以打破以往經(jīng)驗(yàn)不豐富的施工人員依靠傳統(tǒng)二維CAD平面圖紙難以完成的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)或者有著嚴(yán)格施工工藝要求的局面，使設(shè)計(jì)更加直觀，同時(shí)減少了返工帶來(lái)的損失，確保后續(xù)施工的正常進(jìn)行與信息的正確傳遞。

以砌體結(jié)構(gòu)的施工工藝模擬為例，運(yùn)用BIM 技術(shù)，通過(guò)對(duì)目前BIM 軟件平臺(tái)的對(duì)比分析，選取核心建模軟件平臺(tái)，討論研究砌塊砌體建筑結(jié)構(gòu)，并對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷的豐富與加工，形成適用于實(shí)際施工的建筑信息模型，并對(duì)其進(jìn)行施工動(dòng)畫(huà)模擬，提高應(yīng)用水準(zhǔn)與工作效率，以指導(dǎo)實(shí)際施工。其施工工藝模擬技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 施工工藝模擬技術(shù)路線圖

3 砌體結(jié)構(gòu)三維模型構(gòu)建

在土建施工中，砌體工程是常見(jiàn)的施工內(nèi)容之一，由于其造價(jià)較低，施工工藝簡(jiǎn)單，施工速度快等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，新的結(jié)構(gòu)方案、施工方法層出不窮，但砌體結(jié)構(gòu)的建筑信息模型的構(gòu)成還未完善，沒(méi)有可供參考使用的建筑信息模型應(yīng)用案例，制約了砌塊砌體建筑結(jié)構(gòu)體系伴隨建筑行業(yè)發(fā)展的進(jìn)一步推廣與應(yīng)用。

砌體結(jié)構(gòu)的施工工藝通常包含抄平、放線、擺磚樣、立皮數(shù)桿、掛準(zhǔn)線、鋪灰、砌磚等工序。其中應(yīng)注意磚塊排列應(yīng)遵循上下錯(cuò)縫的原則，避免垂直通縫出現(xiàn)、錯(cuò)縫或搭砌長(zhǎng)度一般不小于60mm、磚墻灰縫寬度宜為10mm，且水平灰縫砂漿飽滿度不得小于80%等要點(diǎn)。

本文以某項(xiàng)目為例進(jìn)行砌體結(jié)構(gòu)的施工工藝模擬，該項(xiàng)目的主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土建造，二次結(jié)構(gòu)以錯(cuò)縫搭接布置加氣混凝土砌塊墻體為主。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在砌塊排布之間以灰縫填充，再在外加上一層60mm 厚的聚苯板，最后抹上一層白色外墻涂料完成建造。

結(jié)合建筑工程的具體需求，此次選擇目前市場(chǎng)認(rèn)可度最高的BIM 平臺(tái)軟件Revit這一核心建模軟件來(lái)搭建砌體模型，完善砌塊砌體建筑信息模型的應(yīng)用。砌體排布一般通過(guò)建族或借助幕墻系統(tǒng)完成，因建窗族來(lái)創(chuàng)建砌體族相對(duì)易操作，可直接在原有建筑模型上進(jìn)行深化處理，且建立的模型與實(shí)際較相符，所以本文采用建窗族的方法構(gòu)造砌體結(jié)構(gòu)。

首先新建公制窗族，通過(guò)改變長(zhǎng)寬高來(lái)創(chuàng)建 600mm×200mm×200mm的加氣混凝土砌塊，對(duì)其進(jìn)行尺寸標(biāo)注并添加相應(yīng)參數(shù)完成建族，其余砌體按照要求通過(guò)修改族實(shí)例參數(shù)來(lái)創(chuàng)建不同尺寸的加氣混凝土砌體。在墻的基礎(chǔ)上，根據(jù)墻長(zhǎng)度以復(fù)制或陣列功能進(jìn)行初步砌體排布并留出相應(yīng)的構(gòu)造柱部位，其中第一排砌塊與第二排砌塊錯(cuò)開(kāi)1/2磚塊放置，空缺位置放置相應(yīng)尺寸的砌體砌塊填充，然后依據(jù)設(shè)計(jì)要求添加60mm厚的聚苯板，并抹上一層白色外墻涂料，最后對(duì)模型進(jìn)行必要的尺寸標(biāo)注與說(shuō)明，完成砌體結(jié)構(gòu)的三維模型構(gòu)建與優(yōu)化。此外，還可以利用Revit軟件的明細(xì)表統(tǒng)計(jì)功能，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各區(qū)域砌體的清單并調(diào)用砌體族類(lèi)型的尺寸與數(shù)量信息，有效進(jìn)行斷料組合，減少裁磚浪費(fèi)，減低損耗，幫助技術(shù)人員和施工人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、綠色的精益施工。砌體結(jié)構(gòu)三維模型構(gòu)建的最后效果見(jiàn)圖2、圖3。

將以上搭建完成的Revit模型導(dǎo)入到Navisworks軟件中，根據(jù)實(shí)際施工順序與相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行施工工藝動(dòng)畫(huà)制作，此次運(yùn)用Navisworks軟件的Animator來(lái)制作動(dòng)畫(huà)，使用其縮放動(dòng)畫(huà)集功能，根據(jù)實(shí)際施工過(guò)程依次添加關(guān)鍵幀，實(shí)現(xiàn)砌體三維模型構(gòu)建動(dòng)畫(huà)的制作，用Adobe Premiere軟件對(duì)導(dǎo)出的動(dòng)畫(huà)進(jìn)行后期處理，對(duì)設(shè)計(jì)要求、尺寸、材質(zhì)等要素進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，做到精細(xì)化模擬，更為直觀地展現(xiàn)砌體結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程，達(dá)到指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工的最終目的。制作過(guò)程如圖4。

圖2 加氣混凝土砌體排布

圖3 砌體結(jié)構(gòu)三維模型

圖4 動(dòng)畫(huà)制作過(guò)程

BIM施工模擬技術(shù)在砌體結(jié)構(gòu)中保證進(jìn)度、提高質(zhì)量、節(jié)省材料等方面發(fā)揮良好的作用。隨著B(niǎo)IM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的深入與完善，BIM技術(shù)逐步取代傳統(tǒng)的CAD設(shè)計(jì)方式，以自身的數(shù)字化設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)成為我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工程管理的主要技術(shù)手段和工具。

4 BIM施工工藝模擬應(yīng)用

將模型動(dòng)畫(huà)鏈接制作成二維碼，工人可以通過(guò)智能手機(jī)或IPAD來(lái)掃碼學(xué)習(xí)相關(guān)施工工藝，管理人員掃碼掌握施工質(zhì)量控制、進(jìn)度控制、成本控制和安全管理的關(guān)鍵點(diǎn)。與傳統(tǒng)相較，這種直觀方式有利于管理層準(zhǔn)確下達(dá)指令，排除隱患，提高辦事效率，確保后續(xù)施工的正常進(jìn)行，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)重要施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行施工交底時(shí)，用模型、動(dòng)畫(huà)的三維可視化交底取代傳統(tǒng)的二維、文字交底，更加清晰地展示工藝工序、規(guī)范要求及重、難點(diǎn)控制，從而降低交底難度，減少現(xiàn)場(chǎng)施工失誤造成的返工、誤工及經(jīng)濟(jì)損失。

BIM的施工工藝模擬在建造領(lǐng)域具有現(xiàn)實(shí)意義，在施工工藝優(yōu)選上，它可以將不同的施工方案進(jìn)行對(duì)比，選擇出最為合適的方案，減少施工過(guò)程中設(shè)計(jì)變更情況的發(fā)生，從而達(dá)到縮短工期，避免返工的目的。在施工過(guò)程中，它簡(jiǎn)便了施工設(shè)計(jì)過(guò)程，不僅可在初步設(shè)計(jì)階段對(duì)建筑物進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，而且還能在整個(gè)建設(shè)過(guò)程中完成模型的數(shù)據(jù)模擬，使整個(gè)施工過(guò)程在可視化的環(huán)境中進(jìn)行，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié)語(yǔ)

利用BIM技術(shù)的參數(shù)化、可視化、可模擬等特性，可對(duì)重要的、復(fù)雜的施工工藝進(jìn)行虛擬施工，實(shí)現(xiàn)三維可視化的技術(shù)交底，有利于優(yōu)化施工工藝，降低施工成本，提高施工質(zhì)量，提升施工管理水平。